Kandungan
1. Pengenalan & Gambaran Keseluruhan
Dokumen ini menganalisis kertas penyelidikan "Optical Proof of Work" oleh Dubrovsky, Ball, dan Penkovsky. Kertas kerja ini mencadangkan peralihan asas dalam asas ekonomi dan perkakasan perlombongan mata wang kripto, daripada pengiraan intensif tenaga (didominasi OPEX) kepada perkakasan fotonik khusus yang intensif modal (didominasi CAPEX). Tesis terasnya ialah walaupun Proof-of-Work (PoW) mesti mengenakan kos ekonomi yang boleh disahkan, kos ini tidak semestinya terutamanya elektrik.
2. Masalah dengan PoW Tradisional
PoW berasaskan SHA256 tradisional (Hashcash) telah berjaya mengamankan rangkaian seperti Bitcoin tetapi menghadapi batasan kritikal pada skala besar.
2.1. Penggunaan Tenaga & Kebolehskalaan
Kos utama perlombongan ialah elektrik. Apabila nilai rangkaian meningkat, penggunaan tenaga juga meningkat, membawa kepada kebimbangan alam sekitar dan mewujudkan hubungan langsung antara harga syiling, kos tenaga, dan keselamatan rangkaian. Menskala Bitcoin 10-100x dengan teknologi semasa dilihat sebagai tidak mampan dari segi alam sekitar dan ekonomi.
2.2. Pemusatan & Risiko Sistemik
Pelombong berkumpul di kawasan dengan elektrik termurah (contohnya, bahagian tertentu di China, secara sejarah). Ini mewujudkan pemusatan geografi, membentangkan titik kegagalan tunggal, kerentanan terhadap peraturan serantau, dan peningkatan risiko serangan pemisahan.
3. Konsep Optical Proof of Work (oPoW)
oPoW ialah algoritma PoW novel yang direka untuk dikira dengan cekap oleh perkakasan fotonik silikon khusus. Ia mengekalkan sifat carian "brute-force" Hashcash tetapi mengoptimumkan teka-teki untuk pengiraan fotonik.
3.1. Algoritma Teras & Asas Teknikal
Algoritma ini melibatkan pengubahsuaian minima kepada Hashcash. Ia memerlukan mencari nonce $n$ supaya output hash $H(block\_header, n)$ kurang daripada sasaran dinamik $T$. Inovasi utama ialah fungsi hash atau komponen kritikal pengiraannya dipetakan kepada operasi yang jauh lebih pantas dan cekap tenaga pada litar bersepadu fotonik (PIC) berbanding pada ASIC elektronik standard.
3.2. Perkakasan: Pemproses Bersama Fotonik Silikon
Kertas kerja ini memanfaatkan kemajuan dalam fotonik silikon, di mana cahaya (foton) digunakan menggantikan elektron untuk melakukan pengiraan pada cip. Pemproses bersama ini, pada asalnya dibangunkan untuk tugas pembelajaran mendalam tenaga rendah seperti rangkaian neural optik, digunakan semula untuk oPoW. Kesukaran ekonomi untuk pelombong beralih daripada membayar elektrik kepada melunaskan kos modal perkakasan fotonik khusus.
Pandangan Utama: Penjajaran Semula Ekonomi
oPoW memisahkan kos perlombongan daripada harga elektrik yang tidak stabil dan mengikatnya kepada kos susut nilai perkakasan khusus, berpotensi membawa kepada belanjawan keselamatan yang lebih stabil.
4. Kelebihan Utama & Faedah yang Dicadangkan
- Kecekapan Tenaga: Pengurangan drastik dalam penggunaan tenaga operasi per hash.
- Penyahpemusatan: Perlombongan menjadi boleh dilaksanakan di mana-mana sahaja dengan sambungan internet, bukan hanya di kawasan kuasa murah.
- Rintangan Penapisan: Penyebaran geografi mengurangkan kerentanan terhadap serangan peringkat negara.
- Kestabilan Hashrate: Struktur kos yang didominasi CAPEX menjadikan hashrate kurang sensitif kepada penurunan mendadak dalam harga syiling berbanding model yang didominasi OPEX.
- Demokrasi: Kos berterusan yang lebih rendah boleh menurunkan halangan kemasukan untuk pelombong berskala kecil.
5. Selaman Mendalam Teknikal
5.1. Model Matematik & Pelarasan Kesukaran
Syarat proof-of-work teras kekal $H(block\_header, n) < T$. Inovasi adalah dalam melaksanakan $H(\cdot)$ atau sub-fungsi $f(x)$ di dalamnya secara optik. Sebagai contoh, jika transformasi seperti transformasi Fourier atau pendaraban matriks adalah penghalang, ia boleh dilaksanakan pada kelajuan cahaya pada PIC. Algoritma pelarasan kesukaran rangkaian akan berfungsi sama seperti Bitcoin, tetapi akan mensasarkan hashrate yang dihasilkan oleh rangkaian pelombong fotonik, mengimbangi masa blok.
5.2. Prototaip & Persediaan Eksperimen
Kertas kerja ini merujuk kepada prototaip (Rajah 1). Penerangan terperinci akan melibatkan cip fotonik silikon yang direka dengan pandu gelombang, modulator, dan pengesan yang melakukan langkah pengiraan khusus algoritma oPoW. Persediaan eksperimen akan membandingkan tenaga per hash (Joule/Hash) dan kadar hash (Hash/saat) prototaip oPoW berbanding pelombong ASIC SHA256 canggih, menunjukkan peningkatan kecekapan tenaga yang besar, walaupun berpotensi pada hashrate mutlak yang berbeza.
Penerangan Carta (Tersirat): Carta bar membandingkan Tenaga per Hash (J/H) untuk pelombong ASIC tradisional (contohnya, 100 J/TH) vs. prototaip pelombong fotonik oPoW (contohnya, 0.1 J/TH). Carta garis kedua menunjukkan taburan geografi unjuran nod perlombongan, beralih daripada beberapa puncak tertumpu (tradisional) kepada penyebaran global yang lebih sekata (oPoW).
6. Contoh Kerangka Analisis
Kes: Menilai Keselamatan Rangkaian Di Bawah Tekanan Ekonomi.
PoW Tradisional (Seperti Bitcoin): Senario: Harga syiling jatuh 70%. Hasil perlombongan merudum. Pelombong dengan kos elektrik tinggi (OPEX) menjadi tidak menguntungkan dan ditutup, menyebabkan hashrate jatuh mendadak (~50%). Ini mengurangkan keselamatan rangkaian (kos untuk menyerang) secara berkadar, mewujudkan kitaran ganas yang berpotensi.
Model oPoW: Senario: Penurunan harga 70% yang sama. Hasil perlombongan jatuh. Walau bagaimanapun, kos utama ialah CAPEX perkakasan (sudah tenggelam). Kos marginal untuk terus melombong adalah sangat rendah (elektrik kecil untuk fotonik). Pelombong rasional terus beroperasi untuk mendapatkan semula pelaburan perkakasan, membawa kepada penurunan hashrate yang jauh lebih kecil (~10-20%). Keselamatan rangkaian kekal lebih teguh semasa kemerosotan pasaran.
7. Aplikasi Masa Depan & Peta Hala Tuju Pembangunan
- Rangkaian Rantaian Blok Baharu: Aplikasi utama adalah dalam reka bentuk rantaian blok Lapisan 1 baharu yang mampan tenaga.
- Sistem PoW Hibrid: Potensi integrasi sebagai algoritma perlombongan sekunder yang cekap tenaga bersama-sama dengan PoW tradisional dalam rantaian sedia ada.
- Evolusi Perkakasan: Peta hala tuju termasuk peminiaturan pelombong fotonik, integrasi dengan cip tujuan umum, dan pengeluaran besar-besaran untuk menurunkan CAPEX.
- Di Luar Mata Wang Kripto: Teknologi pemproses bersama fotonik asas boleh digunakan untuk fungsi kelewatan boleh disahkan lain (VDF) atau pengiraan pemeliharaan privasi.
- Perisai Pencucian Hijau Peraturan: oPoW boleh menyediakan laluan teknikal yang jelas untuk rangkaian berasaskan PoW menangani kebimbangan ESG (Alam Sekitar, Sosial, dan Tadbir Urus) secara langsung.
8. Rujukan
- Dubrovsky, M., Ball, M., & Penkovsky, B. (2020). Optical Proof of Work. arXiv preprint arXiv:1911.05193v2.
- Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
- Dwork, C., & Naor, M. (1992). Pricing via Processing or Combatting Junk Mail. Advances in Cryptology — CRYPTO’ 92.
- Back, A. (2002). Hashcash - A Denial of Service Counter-Measure.
- Shen, Y., et al. (2017). Deep learning with coherent nanophotonic circuits. Nature Photonics, 11(7), 441–446. (Contoh penyelidikan pengiraan fotonik)
- Cambridge Centre for Alternative Finance. (2023). Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index (CBECI). [Sumber luar untuk data tenaga].
9. Ulasan Penganalisis Pakar
Pandangan Teras: Kertas kerja oPoW bukan sekadar tweak perkakasan; ia adalah percubaan strategik untuk mereka bentuk semula insentif ekonomi asas Proof-of-Work. Penulis mengenal pasti dengan betul bahawa krisis eksistensi PoW bukan "kerja" itu sendiri, tetapi jenis kos yang dieksternalkannya. Dengan mengalihkan beban daripada OPEX yang tidak stabil dan sensitif geopolitik (elektrik) kepada CAPEX yang menyusut nilai dan boleh didagangkan secara global (perkakasan), mereka bertujuan untuk mewujudkan asas keselamatan yang lebih teguh dan teragih secara geografi. Ini adalah tindak balas langsung kepada kritikan keras daripada institusi seperti Cambridge Centre for Alternative Finance, yang menyerlahkan jejak tenaga besar Bitcoin.
Aliran Logik & Perbandingan: Logiknya menarik tetapi menghadapi tebing penerimaan yang curam. Ia mencerminkan evolusi daripada CPU kepada GPU kepada ASIC dalam sejarah Bitcoin—pengejaran kecekapan tanpa henti yang tidak dapat dielakkan memusatkan sekitar perkakasan terbaik. oPoW berisiko memainkan semula pita ini: pengeluar ASIC fotonik awal boleh menjadi kuasa pemusatan baharu. Bandingkan ini dengan model Ethereum pasca-merge, yang meninggalkan kos fizikal sepenuhnya untuk stake kriptografi. Walaupun Proof-of-Stake (PoS) mempunyai kritikan pemusatannya sendiri sekitar modal, ia mewakili cabang falsafah yang berbeza. oPoW boleh dikatakan sebagai evolusi yang paling elegan bagi konsensus Nakamoto asal, mengekalkan sauh fizikalnya sambil cuba mengurangkan eksternaliti terburuknya.
Kekuatan & Kelemahan: Kekuatan terbesarnya ialah menangani kritikan ESG tanpa menggunakan peralihan paradigma total. Potensi untuk hashrate stabil adalah kelebihan mendalam yang kurang dibincangkan untuk perancangan keselamatan jangka panjang. Walau bagaimanapun, kelemahannya adalah ketara. Pertama, ia adalah "pertaruhan pada teknologi"—fotonik silikon untuk pengiraan pasaran massa yang boleh dipercayai masih baru berbanding CMOS digital matang. Kedua, ia mewujudkan bentuk baharu risiko pemusatan sekitar rantaian bekalan perkakasan fotonik, yang mungkin tertumpu seperti industri semikonduktor hari ini. Ketiga, hujah keselamatan bergantung pada kos modal perkakasan sebagai penghalang yang mencukupi. Jika cip fotonik menjadi murah untuk dikilangkan (seperti GPU suatu ketika dahulu), model keselamatan boleh menjadi lemah.
Pandangan Boleh Tindak: Untuk pelabur dan pembina, perhatikan ruang ini dengan teliti tetapi dengan skeptisisme. Rantaian blok pertama berasaskan oPoW yang boleh dilaksanakan dan mendapat daya tarikan akan menjadi proof-of-concept yang monumental. Sehingga itu, anggap ia sebagai laluan R&D berpotensi tinggi, berisiko tinggi. Untuk rantaian PoW sedia ada, penyelidikan ini menyediakan cetak biru untuk "hard fork" berpotensi kepada sistem hibrid atau optik sepenuhnya jika tekanan peraturan menjadi eksistensi. Metrik utama untuk dijejaki bukan hanya J/Hash, tetapi masa pelunasan perkakasan fotonik dan penyahpemusatan pembuatannya. Kejayaan oPoW bergantung pada reka bentuk perkakasan terbuka dan kompetitif sama seperti kecemerlangan algoritmanya.